多行星齿轮传动设计分析（本科毕业论文设计）.doc

多行星齿轮传动设计分析（本科毕业论文设计）
摘 要

随着中国基础设施的大规模建设和西部大开发战略的实施，铁路、公路、大中型水电站建设以及南水北调、西气东输等工程都将需要建设大量的长大隧道。地下空间的开发利用越迫切，对全断面掘进机的需求也日趋剧增，我国正在成为世界上掘进机需求量最大的国家。巨大的市场需求与我国相对滞后的全断面掘进机研发技术之间的矛盾已经凸显。刀盘用大功率减速器作为全断面掘进机的关键部件，其承载能力和可靠性决定着整机的性能和使用寿命。针对土压平衡盾构对减速器高功率密度和高可靠性的要求，开展复杂工况条件下压平衡盾构减速器的优化设计、制造和可靠性试验等关键技术的研究，不仅能够提高我国全断面掘进机的自主研发能力，同时提升我国齿轮制造行业的自主创新能力和技术水平、推动行业技术进步、提高重大装备制造业的核心竞争力，将发挥重要的支撑作用。本设计结合国家＂863＂《土压平衡盾构减速器关键技术》项目的要求，开展高功率密度减速器设计分析，以多行星轮传动为研究对象，对4或5行星齿轮分流传动的布置、均载技术进行分析。本次设计的行星齿轮减速器，采用两级NGW行星齿轮传动，每级行星传动采用4或5个行星齿轮非均匀分布的形式，完成减速器的设计工作，最后并对行星架和箱体进行有限元分析，看其强度是否满足要求，并对其进行优化。


关键词：土压平衡，盾构，减速器，行星齿轮，非均匀分布

Abstract

With the large-scale construction of China’s infrastructure and the implementation of the western development strategy, the building of railway, highway, large and medium-sized hydropower stations as well as the South-to-North Water Transfer Project and the West-East Gas Transmission project will all need to build up a large number of long and large tunnels. The more urgent to develop and utilize the underground space, the more demanding the full-face tunnel boring machine (TBM) will be. And China is becoming the largest TBM demanding country in the world. The contradiction between the great market demand and the relatively backward research and development technology of our country has already been highlighted. The high power reducer for cutter head is the key part of TBM, and its bearing capacity and the reliability determine the performance and service life of the whole machine. According to the high requirement of the earth pressure balance shield to the power density and reliability of the speed reducer, launching the optimal design of the earth pressure balance shield speed reducer under complex working conditions and researching the key technology of manufacturing and reliability experiment will not only improve our country’s independent development ability of TBM, but also play a supporting role in enhancing the independent innovation ability and technical level of China gear manufacturing industry, promoting the technical progress, and increasing the core competence of the heavy equipments manufacturing industry. This project, based on the State “863” project “The Key Technology of the Earth Pressure Balance Shield Reducer”, analyze the design of high power density reducer. The study object is the transmission of the multi-planetary gear. And the project studies the collocation of the 4 or 5 planetary gears’ split transmission and the uniform load technology. This planetary gear reducer uses two-level NGW planetary gear rotation, and each planetary rotation uses 4 or 5 planetary gears’ non-uniform distribution to complete the design work of reducer. And finally, analyze the planet carrier and the case body by the use of a finite element method, checking whether its strength meet the requirement and optimize them.


Key words: Earth Pressure Balance, Shield, Reducer, planetary gears, non-uniform distribution


目 录

摘 要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 本文研究的背景和意义 1
1.2 土压平衡盾构简介： 2
1.3 国内外的研究发展现状 2
1.4 土压平衡盾构减速器的相关分析 2
1.4.1 减速器行星传动选型分析： 2
1.4.2 不均布行星齿轮传动分析： 3
1.5 本文研究的主要内容 4
2 传动方案选型分析 5
2.1 减速器工矿分析： 5
2.2 行星齿轮传动型式和特点 5
2.3 传动方案确定 6
2.4 NGW型行星齿轮非均匀分布时的装配条件 6
3 传动方案设计 8
3.1 已知条件： 8
3.2 选取传动类型和传动简图： 8
3.3 传动比分配： 8
3.4 低速级NGW行星齿轮传动设计 10
3.4.1 配齿计算 10
3.4.2　行星齿轮安装角的确定： 11
3.4.3 初步计算齿轮的主要参数 12
3.4.4 确定齿轮的主要参数及几何尺寸 14
3.4.5强度校核计算 15
3.5 低速级NGW行星齿轮的设计 23
3.5.1 传递效率计算 23
3.5.2 确定低速级输入参数 24
3.5.3 低速级配齿计算 24
3.5.4　行星齿轮安装角的确定： 25
3.5.5初步计算齿轮的主要参数 26
3.5.6 确定齿轮的主要参数及几何尺寸 27
3.5.7强度校核计算 28
3.6 轴的结构设计 35
3.6.1第一级太阳轮轴结构设计 36
3.6.2第二级太阳轮轴结构设计 36
3.6.3输出轴设计： 37
3.7 关键零件设计 38
3.7.1 行星轮轴的计算 38
3.7.2 轴承选取和校核 40
3.7.3 行星架设计 43
3.7.4 有限元分析前初步确定减速器装配图如下： 44
4 三维建模 45
5 有限元分析 47
5.1 有限元法简介 47
5.1.1有限元法的产生与基本思想 47
5.1.2有限元法的优越性 49
5.1.3有限元分析系统的主要功能 49
5.2 减速器主要零件分析 51
5.2.1 对第一级行..